WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 4 Обобщенный характер диэлектрического отклика кристаллов CdTe, выращенных из расплава © И.А. Клименко, В.П. Мигаль Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского ”ХАИ”, 61070 Харьков, Украина (Получена 23 августа 2001 г. Принята к печати 27 сентября 2001 г.) Установлено, что особенности фотодиэлектрического отклика кристаллов CdTe, выращенных из расплава, обусловлены ансамблями макроскопических ростовых дефектов. Показано, что анализ диаграмм () и (X), характеризующих зависимости комплексной диэлектрической проницаемости от длины волны и координаты, как графических образов последовательностей индуцированных состояний кристалла, позволяет идентифицировать ансамбли макроскопических ростовых дефектов — источников внутренних полей.

Выращенные из расплава кристаллы CdTe являют- ление образцов измеряли четырехзондовым метося перспективными высокоомными полупроводниковыми дом ( <1010 Ом · см).

материалами для -спектроскопии. Они обычно содержат Установлено, что условия выращивания существенно различные типы макроскопических ростовых дефектов влияют на форму фронта кристаллизации и обусловли(МРД), которые представляют собой источники внутрен- вают многообразие типов МРД. В кристаллах CdTe, выращенных при большой кривизне фронта кристаллиних взаимосвязанных упругих и электрических полей зации, наблюдаются преципитаты Te и Cd, трубчатые и существенно влияют на транспортные свойства [1].

и сферические поры. Эти кристаллы также обладают Выявление и идентификация таких дефектов, а также разнообразием двумерных дефектов структуры (декориопределение их зарядового состояния традиционными рованные примесями межблочные границы, двойники для полупроводников методами исследования затруднеи полосы скольжения и др.) и флуктуациями состава, ны из-за высокого удельного сопротивления материала.

которые обнаруживаются методом травления, а также в Упругие и электрические поля, порожденные МРД в теневых и оптико-поляризационных картинах [1].

пьезоэлектрических кристаллах AIIBVI, определяют осоХарактер распределения МРД и порождаемых ими бенности зависимостей действительной ( ) и мнимой взаимосвязанных упругих и электрических полей опре( ) частей комплексной диэлектрической проницаемоделяет особенности низкочастотного диэлектрического сти () от длины волны фотовозбуждения () и темпеотклика кристаллов CdTe [3]. Это обусловливает индиратуры (T ), которые наиболее полно отражают диаграмвидуальность диаграмм () каждого отдельного образмы () и (T ) на фазовой плоскости {, } [2–4].

ца [3,4]. У образцов, содержащих множество МРД, Вработе [2] показано, что вид диаграмм () зависит от выявляемых оптическими и другими методами, диаграминтенсивности фотовозбуждения, а также от размеров и мы (), полученные при интегративном фотовозбукоординаты светового зонда. Сложность энергетического ждении всего образца, состоят из разного количества и релаксационного спектров данных кристаллов, а также дугообразных участков (рис. 1, кривая 1). Они могут индивидуальный характер их диэлектрического отклика также содержать обособленные частные диаграммы, а обусловливают необходимость развития обобщенного также участки, где d /d < 0. Существенные разподхода к обработке и анализу экспериментальных реличия диаграмм наблюдаются даже у образцов, изготозультатов, что являлось основной целью данной работы.

вленных из одного слитка, однако диаграммы образцов, Исследовались кристаллы CdTe, выращенные при разизготовленных из близлежащих областей слитка, часто личных условиях методом вертикальной кристаллизации оказываются подобными. Для их сопоставительного анаиз расплава под высоким давлением инертного газа лиза оказалось возможным использовать критерии гео(до 100 атм). МРД выявляли и исследовали методами метрического подобия, рассматривая диаграммы () травления, инфракрасной микроскопии и теневым мекак своеобразные графические образы, обобщенно хатодом. Остаточные напряжения, создаваемые ростовырактеризующие фотодиэлектрический отклик кристалла.

ми дефектами в исследованных образцах, определяли Диаграммы X(), полученные при фотовозбуждении оптико-поляризационным методом. На противоположмонохроматическим зондом шириной менее 100 мкм ные грани образцов, имеющих размеры 11 11 близлежащих участков кристалла, геометрически более и 5 5 2мм3, были нанесены индий-галлиевые или подобны, чем диаграммы, измеренные при возбуждении золотые контакты. Диэлектрическую проницаемость пространственно удаленных участков или разных образи коэффициент диэлектрических потерь измеряли цов. Их геометрическая форма более проста и симмев диапазоне частот f = 102-107 Гц по емкостной трична, чем у диаграмм, полученных при интегративном методике. Фотодиэлектрический отклик исследовали в фотовозбуждении (рис. 1, кривые 2, 3). Такие диаграммы области низкочастотной дисперсии. Удельное сопротив- различаются лишь приращениями и на свету, а 398 И.А. Клименко, В.П. Мигаль тельствует о зональном распределении некоторых совокупностей МРД, что частично подтверждают результаты оптико-поляризационных и теневых исследований.

Сложный, индивидуальный характер диаграмм и их зависимость от многих факторов обусловливают необходимость поиска обобщенного подхода к анализу особенностей диэлектрического отклика данных кристаллов. В частности, такой подход может основываться на представлениях о метастабильных и индуцированных состояниях кристалла. Ведь все образцы из слитка CdTe находятся в разных метастабильных состояниях, которые отображаются множеством точек T в секторе фазовой плоскости и могут быть изменены термообработкой [4]. С другой стороны, в кристалле селенида цинка при внешнем воздействии F (фотовозбуждение, термическое воздействие, давление и т. п.) индуцируется состояние, которое также отображается точкой T в Рис. 1. Диаграммы (), полученные при фотовозбуждении всего образца (1), а также диаграммы X(), полученные при зондовом фотовозбуждении (2, 3). Частота f = 103 Гц, температура T = 293 K. Указаны длины волн.

также охватываемыми ими областями на фазовой плоскости. При этом площадь перекрытия диаграмм S, полученных при фотовозбуждении близлежащих участков образца Xn и Xn+1 (заштрихованная область на рис. 1), изменяется с координатой зонда X сложным образом.

Установлено также, что при увеличении ширины зонда подобие диаграмм X() нарушается. Это наводит на мысль о связи выявленных особенностей этих диаграмм с влиянием внутренних полей, порожденных МРД, на Рис. 2. Зависимости (X) (1) и (X) (2) образца CdTe, полученные при зондовом фотовозбуждении. Частота f = 103 Гц, зарядовое состояние сложных центров, ответственных за температура T = 293 K, ширина зонда 100 мкм. Точки соответфоточувствительность. Так, полученные при сканироваствуют разным положениям зонда с шагом 0.2 мм.

нии световым зондом шириной 100 мкм на длине волны вблизи собственного максимума фоточувствительности координатные зависимости (X) и (X) содержат ряд локальных экстремумов, количество и распределение которых являются индивидуальными характеристиками кристалла (рис. 2, кривые 1, 2). При этом оказалось, что диаграммы (X) на фазовой плоскости, полученные на основе этих зависимостей, представляют собой совокупность макроскопических участков разного характера (линейных, ступенеобразных, дугообразных, петелевидных и др.) (рис. 3). Подчеркнем, что некоторые участки имеют вид обособленных частных диаграмм (они отмечены на рисунке стрелками), что позволяет рассматривать их как отображение своеобразных ансамблей МРД.

Увеличение интенсивности фотовозбуждения приводит к изменению диаграмм (X). При этом до некоторого критического уровня интенсивности c геометрическое подобие сохраняется.

Рис. 3. Диаграмма (X) образца CdTe. Частота f = 103 Гц, Такой характер изменения диэлектрического отклика температура T = 293 K, ширина зонда 100 мкм. Точки соответпо образцу, отображаемый диаграммой (X), свиде- ствуют разным положениям зонда с шагом 0.2 мм.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Обобщенный характер диэлектрического отклика кристаллов CdTe, выращенных из расплава фазовой плоскости, а диаграммы (F) являются ха- ется индивидуальной характеристикой каждого образца, рактеристическими признаками метастабильного состо- а также нахождение новых индуцированных состояний в яния [5]. Тогда можно предположить, что совокупность пределах сектора, показанного на рис. 1 штрихпунктирточек в области, охватываемой диаграммой () (рис. 1, ной линией.

кривая 1), представляет собой подмножество энерге- В ряде образцов с увеличением интенсивности зонтически разрешенных индуцированных состояний, кото- да > c обнаружена трансформация некоторых участрое в фазовой плоскости отображает соответствующий ков диаграммы (X), которая включает сглаживание графический образ. Следовательно, площадь S, охваты- и объединение некоторых участков, а также переход ваемая диаграммой X(), полученной при локальном петель в частную диаграмму или наоборот. Установлено фотовозбуждении (рис. 1, кривая 2), представляет собой также, что трансформация тех же участков диаграмм область или подмножество возможных индуцированных происходит и при нагреве образца. Очевидно, кристалл состояний 1, 2,..., имеющих свой обобщенный гра- как система противодействует изменению своего мефический образ. Действительно, изменяя длину волны и тастабильного состояния в соответствии с принципом уменьшая интенсивность зонда, можно получить любое Ле Шателье или пьезоэлектрическим аналогом зако значение i из данного подмножества. В рамках дан- на Ленца. Существующая причинно-следственная связь ных представлений отношение площади перекрытия S между совокупностью ансамблей МРД, отображаемых двух соседних диаграмм X() к их средней площади подмножествами индивидуальных состояний, и услови(S1 + S2)/2, т. е. 2S/(S1 + S2), представляет собой ями роста проявляется в характере последовательности некоторый корреляционный параметр K, определяющий графических образов, т. е. в диаграмме (X), а также долю ”общих” индуцированных состояний. Очевидно, он в структурированности отдельных ансамлей, отображаехарактеризует степень взаимосвязи между определенны- мой определенными графическими образами, например ми совокупностями МРД. петлями. Как видим, декомпозицию системы ”реальный При зондовом фотовозбуждении в кристалле инду- кристалл” можно осуществить посредством разделения цируется i-e состояние, которое отображается в фа- диаграммы (X) на последовательность участков, кажзовой плоскости точкой (Xi), а последовательность дый из которых отображается соответствующим графизначений (Xi) в пределах каждого указанного выше ческим образом в фазовой плоскости. Это позволяет участка представляет собой подмножество разрешенных посредством сопоставительного анализа: а) определить по координате X индуцированных состояний. В рамках количество ансамблей МРД в образце (слитке) и наличие данного подхода каждому из указанных выше участ- среди них подобных, б) выявить стоки и истоки полей, ков диаграммы (X) можно поставить в соответствие создаваемых некой совокупностью МРД, в) определить подмножество индуцированных состояний. При этом с координаты ансамблей МРД, изменяющих свои функции каждым таким подмножеством связан соответствующий при интенсивной нагрузке, г) выявить элементы структуграфический образ в фазовой плоскости, вид которого рированности МРД кристаллов CdTe, связанные с сильно (линии, петли, дуги и т. п.) определяется характером неравновесными условиями роста.

взаимодействия совокупности МРД. Это позволяет по Таким образом, несмотря на разнообразие МРД в виду графического образа идентифицировать ансамбли данных кристаллах и кажущийся случайный характер их МРД, а также определять координаты подобных им распределения по объему, развиваемый подход к анаансамблей. Так, участки, отмеченные на диаграмме (X) лизу обобщенного диэлектрического отклика открывает стрелкой (рис. 3), которые отображаются обособленны- возможность не только идентифицировать отдельные ми графическими образами, естественно связать с вклю- совокупности МРД по их графическим образам и функчениями. Особого внимания заслуживают петлеобразные циональным признакам, но и по их последовательности, участки диаграммы, которые характеризуются прямой а также по изменению ее при интенсивных нагрузках, (по часовой стрелке) илиобратнойпоследовательностью выделить факторы роста, оказывающие доминирующее влияние на формирование электрофизических свойств индуцированных состояний, что можно рассматривать данных кристаллов. Все это особенно важно для функкак противоположное зарядовое состояние совокупности МРД. Эти области кристалла являются как бы стоками циональных пьезоэлектрических кристаллов, исследоваили истоками внутренних полей, порождаемых совокуп- ние которых известными методами дает неоднозначные результаты. Полученные результаты положены в основу ностью МРД. Макроскопические области кристалла, методики идентификации ростовых дефектов и диагнокоторым соответствуют выделенные участки диаграммы стики качества данных кристаллов.

(X), различаются также характером распределения сложных центров, ответственных за фоточувствительность. Очевидно также, что характер распределения этих Список литературы центров и их зарядовое состояние определяются последовательностью МРД на конкретном участке образца.

[1] V. Komar, A. Gektin, D. Nalivaiko, I. Klimenko, V. Migal, Отметим сохранение элементов подобия графических O. Panchuk, A. Rybka. Nucl. Instr. Meth. A, 458, 113 (2001).

образцов на диаграммах (X) при увеличении интенсив- [2] И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко.

ности зонда до некой критической c, которая явля- ФТП, 35 (2), 139 (2001).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 400 И.А. Клименко, В.П. Мигаль [3] И.А. Клименко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко.

ФТП, 35 (4), 403 (2001).

[4] I.A. Klimenko, V.P. Migal. Functional materials, 8 (2), (2001).

[5] В.П. Мигаль, ФТП, 35 (10), 1188 (2001).

Редактор Л.В. Шаронова Generalized features of the dielectric response of CdTe crystals grown from the melt I.A. Klimenko, V.P. Migal State Aerospace University ”KhAI”, 61070 Kharkov, Ukraine

Abstract

It has been found that features of the photodielectric response of CdTe crystals grown from the melt are caused by macroscopic as-grown defect ensembles. It is shown that analysis of diagrams () and (X) (the dependence of complex dielectric function on wavelength or coordinate) as graphic images of the sequences of induced states of the crystal allow us to identify macroscopic growth defect ensembles that are sources of internal fields.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.